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01 简介 图1 电源线路 图1所示，是此文要分析的问题的线路，该电源线路支持输入电压VIN从12V到20V，输出可以是5.39V或者11.55V。 图2 VOUT=5.39V的启动波形正常，单调上升 图2所示，该线路在输入为12V或20V时，VOUT=5.39V的启动波形正常，单调上升。 图3 输出电压非单调上升 图3所示，将PQ6601移除，D和S之间短路，该线路会固定在VOUT=11.55V输出，发现该线路在输入为12V或20V时，输出电压从0上升到11.55V过程中都有非单调上升的不良现象；该非单调上升不良，与 中提到的非单调上升不良，二者不尽相同，导致问题的原因可能也不尽相同。 此文，正是要分析图3中的问题...此处，先埋下个伏笔：图2、图3的输入电压都是20V，且提供输入电压的source(vin) slew rate = 1V/ms... 02 问题分析 图4 EN、VOUT波形 图4所示，增加EN使能信号，EN是正常的，并非EN异常导致。 图5 EN、PH、VOUT波形 图5所示，增加开关节点PH波形，发现在VOUT从0上升到11.55V过程中跌落的这段，与PH波形停止是对应的。是因为PH停止打波形了，导致输出电压开始跌落... 图6 重新换块主板 图6所示，在某块主板遇到不良时，咱们通常都会重新找块主板做对比，发现另一块主板也有相同的问题。 这个电源线路在首版时，测试过5.39V输出的ripple、noise、开关频率、load transient等，都是OK的；难道咱们的电源线路在11.55V输出条件下有bug？ 图7a VIN、EN、PH、VOUT波形 图7b VIN、EN、PH、VOUT波形 图7所示，增加VIN波形；VIN从0上升到20V，横轴10div，VIN上升时间约为10div * 10ms/div = 100ms；在PH停止打波、VOUT上升到最大值7.061V时，对应的输入电压VIN才从0上升到8.421V... 从输入到输出的voltage drop = 8.421V - 7.061V = 1.36V ... 图8 VIN=10V时，VOUT=8.378V，单调上升 图8所示，如果将该线路配置输入电压VIN = 10V，低于该线路允许的最小范围12V，此时会因为输入电压过低，输入输出中间的转换损耗，无法维持或得到预设的11.55V，输出最大值仅为8.378V（这部分的原理，VOUT与VIN等其他参数的关系，可参考“ 同步BUCK电路输出电压最小值和最大值精确的计算公式？来看看是怎么推导出来的... ”）。 此时，我们可以关注到输入电压从0上升到10V对应的时间只有4div * 2ms/div = 8ms左右了… 从输入到输出的voltage drop = 10.12V - 8.378V = 1.742V；而且，输出电压VOUT = 8.378V是单调上升的... 此处，结合图7和图8的结果说明，在图7中VIN才上升到8.421V时，VOUT上升到最大值7.061V，还没有达到预设的11.55V，原则上是需要继续上升的，但是因为此时的VIN不满足VOUT继续上升了，电源IC可能会顶到最大占空比或者OCP阈值，导致启动失败... 这里需要说明的是，如前文伏笔所述：以上波形输入电压都是20V，提供输入电压的source(vin) slew rate = 1V/ms...当然，这是在找到此文所述的输出电压非单调上升的原因之后，才能在此处给出的说明... ------------------------------------------------ 这里开始转折了...前文分析的输出电压非单调上升的主板，因为前面一个source设备被别的同事占用，我就换了另外一个相同型号的source继续进行debug... 图9 (b source)VIN=20V时，VOUT=11.67V，单调上升 图9所示，相同的一个主板在a source上测试，给出相同的VIN=20V电压，输出电压就是非单调上升的；在b source上测试，输出电压就是单调上升的... 凭着工程师的直觉，我想到，可能是source给出的voltage slew rate有关，通过查看发现，a source配置的output voltage slew rate是1V/ms，b source配置的output voltage slew rate是10V/ms... 所以，综合图7和图9，相同的“不良”主板，图7输出电压非单调上升的结果，是在source output voltage slew rate = 1V/ms条件下测得的，VIN对应的上升时间约为100ms；图9输出电压单调上升的结果，是在10V/ms条件下测得的，VIN对应的上升时间约为10ms。 这里之所以给不良二字加了引号，是因为此文分析的电源电路仅在测试过程中存在这种非单调上升现象，在实际系统上电工作时，输出电压也是单调上升的，不存在非单调上升现象。 当然，如果实际系统上电的VIN slew rate也比较小的话，比如是1V/ms，也是可能存在输出非单调上升不良现象的... 03 总结 3.1 此文分析的问题，本质上是电源时序问题 图10 电源的VIN和VOUT上升时间 图10(a)所示，当电源电路的输入电压VIN上升时间大于输出电压VOUT上升时间，或者VIN上升到目标电压的时刻落在了VOUT上升到目标电压之后时，就容易出现输出电压非单调上升的不良现象... 此文分析的电源电路在测试过程中遇到的问题就属于这类不良。具体来说就是，在上电启动过程中，在一定的soft start time内，VOUT以更大的slew rate追上了VIN，这时VIN与VOUT之间的voltage drop不足以使VOUT上升到目标电压，所以出现了图3中的非单调上升现象... 图10(b)所示，当VIN从0上升到目标电压所用的时间小于VOUT从0上升到目标电压所用的时间或者说是电源电路的soft start time时，相对来说就不容易出现输出电压非单调上升现象。 3.2 电源电路问题分析方法 (1) 示波器发现输出电压VOUT非单调上升... (2) 示波器增加通道EN...发现EN使能信号是正常的... (3) 示波器增加通道PH...发现PH波形是异常的，PH停止打波，与VOUT跌落是对应的... (4) 示波器增加通道VIN...对比VIN和VOUT，有经验的工程师，可能会发现其中的端倪... (5) 还可以将SS引脚的波形抓出来确认... (6) 有时基于某几个信号并不能找到问题点，就需要继续增加电源上其他更多节点的波形，从整个电源的宏观角度来找问题点...甚至，像 这篇中分析的一样，需要从多个电源的宏观角度找问题... 3.3 小议“工程师的直觉” 前文提到“凭着工程师的直觉”；那么，作为工程师的我们，直觉从何而来呢？我的心得是，从理论学习中来。 有句话说“实践出真知”。我认为，这句话是针对研究前沿技术的科学家而言的，他们的工作才是从大量的实验和实践中总结出规律或真理，而我们大多数的工程师更加需要的是相反的，只学习掌握更多的理论知识，然后使用这些理论知识更好地指导实践即可。 否则，就像 这篇文中分析的软启动功能，对于不懂的人来说，遇到了这个问题，花了很长时间研究学习，然后通过增大软启动电容解决了这个问题，可以认为是“实践出来了所谓的‘真知’”。但是，对于已经学习过相关理论知识懂了的人来说，就不是“实践出来的‘真知’”，抓个输出端的波形，几秒钟可能就能意识到问题所在，或者知道接下来该如何进一步分析... 所以，诸君，并不是自己不知道的东西，实践出来了，都叫“真知”；这也可能是信息不对称，自己不知道的，可能别人已经知道了... 所以，诸君，如果你们有好的电源调试案例，如果愿意，可以整理给我，发表出来供大家学习进步... 所以，诸君，让我们共同学习，共同进步... 所以，诸君，让我们勤学不辍，日拱一卒...

01 / 简介/ 关于开关电源中使用的功率电感，其电流参数最常见的有温升电流、RMS电流、饱和电流、额定电流几个。它们是如何定义的？尤其额定电流是如何定义的？此文，解析... 02 / 温升电流(Temperature Rise Current)/ 因为直流电阻DCR（参考“什么是直流电阻（DC Resistance）？”章节内容）的存在，当加载到电感器两端的电流逐渐增加时，更多的功率损耗会使电感器上的温度逐渐升高，当电感器的温度在环境温度（通常为+20℃或+25℃）的基础上升高20℃或40℃时，通过电感器的直流电流大小，称为 温升电流（I_TEMP） 。 由于实际的温度升高取决于电感器的能量损耗，而电感器的能量损耗与电流的有效值有关，所以 温升电流又被称为RMS电流（Root Mean Square Current） （I_RMS） ，二者的概念是基本等同的。 03 / 饱和电流(Saturation Current)/ 当加载到电感器两端的电流逐渐增加时，磁芯将逐渐进入饱和状态，电感量将逐渐减小。 饱和电流（I_SAT） ，是指电感器的电感值衰减 10% 或 20% 或 30% （甚至40%；不同厂商的电感器或者相同厂商不同系列的电感器，参考的电感值衰减量有所不同）时对应通过的直流电流大小。 注意，这里“电感值衰减”是在“电感量标称值”基础上衰减的，“电感量标称值”的测量是不需要在电感元件两端加载电流的。 /饱和电流参数示例/ Wurth Elektronik 7447798720（感值7.2 uH，精度±30%，额定电流7.9 A @ ΔT = 40K，饱和电流6 A，DCR典型值11.3 mΩ，DCR最大值12.8 mΩ，自谐振频率典型值31 MHz，绕线式Wirewound，屏蔽Shielded）电感的饱和电流6A就是基于其 电感值衰减不大于 10% 测得的 。 Wurth Elektronik 78439369056（感值5.6uH，精度±20%，额定电流11.5 A @ ΔT = 40K，饱和电流11.1 A / 24.45 A，DCR典型值5.9 mΩ，自谐振频率典型值18 MHz）电感分别给出了基于其 电感值衰减不大于 10% 和 30% 两种条件下 ，对应的饱和电流典型值分别为11.1 A和24.45 A。 Vishay IHLP4040DZER6R8M01（感值6.8 uH，精度±20%，温升电流8 A @ ΔT = 40℃，饱和电流13.5 A，DCR典型值21.2 mΩ，DCR最大值23.3 mΩ，自谐振频率典型值13.5 MHz）电感的饱和电流13.5 A就是基于其 电感值衰减接近 20% 测得的 。 Vishay IHSR6767GZERR22M5A（感值0.22 uH，精度±20%，温升电流100 A @ ΔT = 40℃，温升电流141 A @ ΔT = 80℃，饱和电流107 A / 155 A，DCR典型值0.24 mΩ @ 25℃）电感分别给出了基于其 电感值衰减接近 20% 和 30% 两种条件下 ，对应的饱和电流典型值分别为107 A和155 A。 04 / 额定电流(Rated Current)/ 额定电流，指稳态条件下电感元件上能够通过的最大电流（这里的“最大电流”有两种类型，直流电流和RMS电流）。 因为电感元件的线圈具有一定的电阻，通过电流时必然会对应着 I^2×R 功率损耗或发热升温，温度升高到一定程度会导致电感元件工作异常。所以，额定电流就是一定温升变化量（通常为ΔT=40℃）条件下电感元件上允许通过的最大电流。 这里，可以认为是 狭义的“额定电流1”的概念，等同于“RMS电流”、“温升电流”，与“饱和电流”的概念是并列的。 这个狭义的“额定电流1”，适用于大多数“温升电流”小于“饱和电流”的电感元件，如Vishay IHLP4040DZER6R8M01（感值6.8 uH，精度±20%，温升电流8 A @ ΔT=40℃，饱和电流13.5 A，DCR典型值21.2 mΩ，DCR最大值23.3 mΩ，自谐振频率典型值13.5 MHz）。 针对“温升电流”大于“饱和电流”的电感器，如Wurth Elektronik 7447798720（感值7.2 uH，精度±30%，额定电流7.9 A @ ΔT=40K，饱和电流6 A，DCR典型值11.3 mΩ，DCR最大值12.8 mΩ，自谐振频率典型值31 MHz，绕线式Wirewound，屏蔽Shielded），此时可以称之为 狭义的“额定电流2”，等同于“饱和电流”。 广义的“额定电流3”，包括“温升电流”和“饱和电流”，哪个参数较小，就等同于哪个参数 ，如下图1所示的TDK TFM201610系列电感器的额定电流参数，以及图2所示的Murata Electronics DFE201612E系列电感器规格书中对“额定电流 Rated Current”的定义。 图1 TDK TFM201610系列电感器的额定电流参数描述 图2 Murata Electronics DFE201612E系列电感器规格书的参数描述 05 / 小结/ 综上所述，可以这么简单理解： ① 基于“温度上升（Based on temperature rise）”定义的电感电流参数，称为“温升电流”或“RMS电流”。 ② 基于“感值变化（Based on inductance change）”定义的电感电流参数，称为“饱和电流”。 ③ 针对具体的电感元件，“温升电流”与“饱和电流”哪个参数更小，就将哪个参数视为该电感元件的“额定电流”。